EP2003474A2 - Method for structuring the surface of an optical component using laser machining - Google Patents

Method for structuring the surface of an optical component using laser machining Download PDF

Info

Publication number
EP2003474A2
EP2003474A2 EP08016508A EP08016508A EP2003474A2 EP 2003474 A2 EP2003474 A2 EP 2003474A2 EP 08016508 A EP08016508 A EP 08016508A EP 08016508 A EP08016508 A EP 08016508A EP 2003474 A2 EP2003474 A2 EP 2003474A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
processing
laser
wavelength range
absorption layer
ablation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP08016508A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP2003474B1 (en
EP2003474A3 (en
Inventor
Jürgen IHLEMANN
Malte Schulz-Ruthenberg
Jörg HEBER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LASER-LABORATORIUM GOETTINGEN EV
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
LASER-LABORATORIUM GOETTINGEN EV
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Laser Laboratorium Goettingen eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LASER-LABORATORIUM GOETTINGEN EV, Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV, Laser Laboratorium Goettingen eV filed Critical LASER-LABORATORIUM GOETTINGEN EV
Publication of EP2003474A2 publication Critical patent/EP2003474A2/en
Publication of EP2003474A3 publication Critical patent/EP2003474A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP2003474B1 publication Critical patent/EP2003474B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0005Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
    • C03C23/0025Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by a laser beam
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/009Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a non-absorbing, e.g. transparent, reflective or refractive, layer on the workpiece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/066Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks
    • B23K26/0661Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks disposed on the workpiece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/18Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using absorbing layers on the workpiece, e.g. for marking or protecting purposes

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an optical component with which an optical function for electromagnetic radiation of an application wavelength range can be achieved due to its surface structured by a multistage profile, the surface structuring being carried out with the aid of ablative laser processing with laser radiation of a processing wavelength range.
  • Micromachining with lasers is used for various applications of optics, mechanics, flow technology and electronics. Examples include drilling microholes in circuit boards or inkjet heads, trimming electrical components, stripping wires, or manufacturing medical stents.
  • the precision of machining is closely related to the optical absorbance at the corresponding laser wavelength. Only highly absorbent material can be processed with high precision.
  • by laser ablation is a high absorption capacity of the material to be processed condition.
  • the desired structure for example a mask, is produced by removing the material at the irradiated points.
  • optical glasses and other optical materials (crystals) in the optical spectral range ie visible to ultraviolet (UV) wavelengths, absorb only weakly as intended and therefore can not be processed with high precision with lasers emitting in this spectral range.
  • UV visible to ultraviolet
  • UV optics for example on diffractive optical elements (phase elements, amplitude elements) for beam shaping and beam homogenization of pulsed UV excimer lasers, which are predestined for micromaterial processing. Since these optics should be transparent, in particular for the typical wavelengths (193 nm, 248 nm) of the excimer lasers, only shorter wavelengths (157 nm), for which the optical material, for example quartz glass, is sufficiently absorbent, are suitable for producing these optics. The processing with such extremely short wavelengths is extremely difficult and expensive. In addition, the application of optics thus produced is always limited to higher application wavelengths than the processing wavelength.
  • laser ablation has not yet established itself in optical production, although it has advantages in particular in the production of miniaturized, complex-shaped optics, compared to classical (mechanical grinding and polishing) or lithographic production techniques.
  • cost in terms of cost, time and complexity of the manufacturing process, through the various steps of lithographic processes (coating, exposure, development, etching) high and limited flexibility in the design.
  • the laser processing can also be easily applied to curved surfaces, in contrast to lithographic methods.
  • a method of fabricating a dielectric reflection mask in which a processing wavelength absorbing layer is disposed prior to patterning laser irradiation of the device, between a substrate and a reflective mask layer system comprising alternating high and low refractive index layers. After patterning ablation of the absorption layer, remnants of the absorption layer that are not removed can remain at the irradiated points, which can undesirably impair the transparency of the mask for the application wavelength. These residues can then be converted to a transparent material in a subsequent material conversion step to enhance mask transmission.
  • the known method has the advantage that in the production of a reflection mask, the restriction of the application wavelength to wavelengths greater than the processing wavelength is canceled, but adversely affects that an optical function of the component only in cooperation with the previously applied Mask layer is realized.
  • the absorption layer is effective only in the preparation of the mask.
  • the method is also suitable only for backside ablation from the substrate side.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method for producing an optical component for electromagnetic radiation by means of laser processing, in which the application wavelength of the intended application electromagnetic radiation is independent of the processing wavelength of the laser radiation selectable with the on and Multi-stage profiles can be produced on the component, and which is flexibly applicable to various types of components optionally with front and / or back machining.
  • the method according to the invention provides a process in which the laser processing (surface structuring) of the component for producing the optical function can take place in a sufficiently absorbing state.
  • the mold-finished member is rendered transparent to enable the optical function using a material whose absorption / transmission can be changed over a wide range by material conversion which leaves the mold unchanged.
  • the absorption layer By using for the absorption layer a material which, in an initial state, absorbs the wavelength of the processing laser and, in a final state, after a material transformation, is transparent in the application wavelength range, an optical component can be used for wavelengths which are independent of the processing wavelength be prepared without an absorption layer must be applied, as the Raw material itself has the absorption property. This has a particularly cost-effective and time-saving.
  • the processing wavelength may be within the (later) application wavelength range, for example, a processing wavelength and an application wavelength may each be 193nm.
  • the suitable starting materials usually show a continuously decreasing absorption behavior of short to long wavelengths, and thus have a correspondingly continuously decreasing laser machinability and a continuously increasing applicability as an optical element
  • intermediate states are also possible in the manufacture of the component, which this gradual absorption / - take into account transmission changes.
  • the source material may be highly absorbent for a first wavelength in the processing wavelength region and moderately absorbent for a second wavelength such that the absorbance for precise processing at that second wavelength is insufficient but still too high for optical application. Then, when laser processing is performed at the first wavelength, the material may now be highly transparent after material conversion for the second wavelength and may now be moderately absorbent for the first wavelength.
  • SiO x As a material for the absorption layer SiO x is particularly suitable for use with UV lasers.
  • the SiO x material with 1 ⁇ x ⁇ 2 is a non-stoichiometric silicon oxide compound (partially oxidized, but macroscopically homogeneous material), which is highly absorbing for UV radiation.
  • SiO 2 fully oxidized material
  • the material is highly transparent to UV radiation and also has a high damage threshold so that it is suitable for high energy densities.
  • the material conversion is realized by heating the material under an oxidizing atmosphere (for example in air) in a suitable device. In this case, the SiO x material is oxidized to SiO 2 .
  • thermal material conversion (oxidation) of an SiO x component in air has proven to be particularly effective for about eight to nine hours at about 900 ° C.
  • oxidation thermal material conversion
  • a particularly high transparency intrinsic transparency> 90% for 193nm
  • Shorter oxidation times and / or lower temperatures give inferior resulting transparency values, with longer oxidation times and / or higher temperatures, no significant further improvement can be achieved.
  • a photochemical oxidation by surface or locally resolved laser irradiation below the ablation threshold in an oxidizing atmosphere with or without further thermal treatment is possible. It is also conceivable to convert material in a locally resolved manner, which results in even more extensive possibilities of producing optical structures (also independent of material removal).
  • the method can also be used with other materials in the visible or even in the infrared spectral range.
  • materials oxidic materials such as metal oxides and semiconductor oxides can be used in principle.
  • silicon oxide (SiO x ) aluminum oxide, scandium oxide, hafnium oxide and yttrium oxide are particularly suitable for the UV wavelength range. Tantalum oxide and titanium oxide are particularly suitable for the visible spectral range.
  • a multi-stage component with more than two height levels can be produced. This is particularly advantageous in the production of diffractive phase elements (DPEs), since multilevel (eg 4-, 8-, 16-stage) DPEs have a higher diffraction efficiency. Since with appropriate adjustment of the laser energy density, the number of pulses and the layer thickness, an ablation over the entire depth of the ablation is adjustable down to the substrate, the respective interface between the substrate and the absorption layer can be used as a "predetermined breaking point". This interface makes it easier for a substrate in a defined range of a layer evenly and clean (with high surface quality).
  • DPEs diffractive phase elements
  • FIG. 1 Figure 4 shows a schematic for making a four-stage diffractive phase element by multiple layer deposition and laser ablation.
  • a method for producing an optical component 6 is essentially based on multiple passes through a processing cycle consisting of a deposition step of an absorption layer and a structure-forming laser ablation step and on a material conversion in which the component 6 is converted into a final state transparent to the laser radiation.
  • DPE diffractive phase element
  • the necessary surface relief is previously calculated by means of a computing algorithm known in principle, for example a computer-generated hologram.
  • a refractive index of n 1.561 results in a total structure depth of 258 nm at a respective step height of 86 nm.
  • a first absorption layer 2 On a substrate 1, advantageously formed as a quartz body, by vapor deposition (deposition), a first absorption layer 2 by means of a suitable, known in principle apparatus applied. Via a (not shown) first (calculated) mask the absorption layer 2 is then ablated at the irradiated positions down to the substrate height with a laser radiation 7 ( Fig. 1a ).
  • the editing can also done by pixel-wise driving off the surface of the component 6 via a corresponding control of the laser.
  • the laser energy for ablation is adapted to the applied layer thickness and is chosen so that the absorption layer is completely removed, but the substrate 1 remains undamaged. Processing takes place on the substrate side, ie as a backside ablation.
  • the absorption layer 2 consists of a SiO x material which is strongly absorbing at 193 nm.
  • the result of this first processing cycle is a surface having a structure 3 with two height levels 4, 4 ', ie with a level 5 (FIG. Fig. 1b ). So a four-level element has four levels and three levels.
  • a second processing cycle begins with the deposition of a second absorption layer 2 'which is vapor-deposited onto the structure 3 produced in the first cycle ( Fig. 1c ).
  • the pulse energy density and the pulse number of the laser are utilized to achieve defined step depths, or a quasi-continuous profile, in the absorbing material, where
  • a very precise setting of the above parameters and the beam profile (laser beam characteristic), possibly with the aid of upstream optical elements arrives to achieve high accuracy, since the (helpful) "break point" substrate - absorption layer is eliminated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)

Abstract

Process for preparation of an optical component for electromagnetic radiation by means of laser machining involving the steps: (1) preparation of a solid body from a material which in the untreated state absorbs laser radiation of the machining wavelength range; (2) laser machining of the solid body in one or more machining steps; and (3) material transformation in which the profile obtained is transformed into a final state transparent for the applied wavelength range.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils, mit dem aufgrund seiner durch ein mehrstufiges Profil strukturierten Oberfläche eine optische Funktion für elektromagnetische Strahlung eines AnwendungsWellenlängenbereichs erzielbar ist, wobei die Oberflächenstrukturierung mit Hilfe einer ablatierenden Laserbearbeitung mit einer Laserstrahlung eines Bearbeitungs-Wellenlängenbereichs durchgeführt wird.The invention relates to a method for producing an optical component with which an optical function for electromagnetic radiation of an application wavelength range can be achieved due to its surface structured by a multistage profile, the surface structuring being carried out with the aid of ablative laser processing with laser radiation of a processing wavelength range.

Die Mikromaterialbearbeitung mit Lasern wird für verschiedene Anwendungen der Optik, Mechanik, Strömungstechnik und Elektronik eingesetzt. Beispiele dafür sind das Bohren von Mikrolöchern in Leiterplatten oder Tintenstrahlköpfen, das Trimmen von elektrischen Bauteilen, das Abisolieren von Leitungen oder die Herstellung von medizinischen Stents. Bei der Herstellung fein strukturierter optischer Bauteile, beispielsweise solcher Komponenten, die zur Strahlführung und Strahlhomogenisierung für diese Anwendungen benötigt werden, hängt die Präzision der Bearbeitung eng mit dem optischen Absorptionsvermögen bei der entsprechenden Laserwellenlänge zusammen. Nur stark absorbierendes Material kann mit hoher Präzision bearbeitet werden. Insbesondere zur Erzeugung eines bestimmten Profils, bzw. einer bestimmten Struktur, durch Laserablation ist ein hohes Absorptionsvermögen des zu bearbeitenden Materials Voraussetzung. Dabei wird die gewünschte Struktur, beispielsweise eine Maske, durch Abtragen des Materials an den bestrahlten Stellen erzeugt. Andererseits absorbieren optische Gläser und andere optische Materialien (Kristalle) im optischen Spektralbereich, d.h. bei Wellenlängen vom Sichtbaren bis zum Ultravioletten (UV), bestimmungsgemäß nur schwach und können daher mit Lasern, die in diesem Spektralbereich emittieren, nicht mit hoher Präzision bearbeitet werden.Micromachining with lasers is used for various applications of optics, mechanics, flow technology and electronics. Examples include drilling microholes in circuit boards or inkjet heads, trimming electrical components, stripping wires, or manufacturing medical stents. In the fabrication of finely structured optical components, such as those components required for beam guidance and beam homogenization for these applications, the precision of machining is closely related to the optical absorbance at the corresponding laser wavelength. Only highly absorbent material can be processed with high precision. In particular for generating a certain profile, or a specific structure, by laser ablation is a high absorption capacity of the material to be processed condition. In this case, the desired structure, for example a mask, is produced by removing the material at the irradiated points. On the other hand, optical glasses and other optical materials (crystals) in the optical spectral range, ie visible to ultraviolet (UV) wavelengths, absorb only weakly as intended and therefore can not be processed with high precision with lasers emitting in this spectral range.

Von besonderer Bedeutung ist der zunehmende Bedarf an funktionellen UV-Optiken, beispielsweise an diffraktiven optischen Elementen (Phasenelemente, Amplitudenelemente) zur Strahlformung und Strahlhomogenisierung von gepulsten UV-Excimerlasern, die für die Mikromaterialbearbeitung prädestiniert sind. Da diese Optiken insbesondere für die typischen Wellenlängen (193nm, 248nm) der Excimerlaser transparent sein sollen, kommen zur Herstellung dieser Optiken nur noch kürzere Wellenlängen (157nm), für die das optische Material, beispielsweise Quarzglas, ausreichend absorbierend ist, in Frage. Die Bearbeitung mit derartig extrem kurzen Wellenlängen ist jedoch außerordentlich schwierig und aufwendig. Zudem bleibt die Anwendung der derart hergestellten Optiken immer auf höhere Anwendungswellenlängen als die Bearbeitungs-Wellenlänge beschränkt. Daher hat sich die Laserablation in der Optikfertigung noch nicht etabliert, obwohl sie insbesondere in der Fertigung miniaturisierter, komplex geformter Optiken, gegenüber klassischen (mechanisches Schleifen und Polieren) oder lithografischen Fertigungstechniken Vorteile hat. Insbesondere bei der Fertigung von Einzelstücken oder Kleinserien ist der Aufwand in Kosten, Zeit und Komplexität des Herstellungsprozesses, durch die vielfältigen Schritte der lithografischen Verfahren (Beschichten, Belichten, Entwickeln, Ätzen) hoch und die Flexibilität in der Formgebung begrenzt. Insbesondere kann die Laserbearbeitung im Gegensatz zu lithografischen Verfahren auch problemlos auf gekrümmte Oberflächen angewendet werden.Of particular importance is the increasing demand for functional UV optics, for example on diffractive optical elements (phase elements, amplitude elements) for beam shaping and beam homogenization of pulsed UV excimer lasers, which are predestined for micromaterial processing. Since these optics should be transparent, in particular for the typical wavelengths (193 nm, 248 nm) of the excimer lasers, only shorter wavelengths (157 nm), for which the optical material, for example quartz glass, is sufficiently absorbent, are suitable for producing these optics. The processing with such extremely short wavelengths is extremely difficult and expensive. In addition, the application of optics thus produced is always limited to higher application wavelengths than the processing wavelength. Therefore, laser ablation has not yet established itself in optical production, although it has advantages in particular in the production of miniaturized, complex-shaped optics, compared to classical (mechanical grinding and polishing) or lithographic production techniques. Especially in the production of individual pieces or Small series is the cost in terms of cost, time and complexity of the manufacturing process, through the various steps of lithographic processes (coating, exposure, development, etching) high and limited flexibility in the design. In particular, the laser processing can also be easily applied to curved surfaces, in contrast to lithographic methods.

Aus der DE 100 17 614 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer dielektrischen Reflexionsmaske bekannt, bei dem vor der strukturierenden Laserbestrahlung des Bauteils, zwischen einem Substrat und einem Reflexionsmasken-Schichtsystem, bestehend aus alternierenden Schichten mit hohem und niedrigem Brechungsindex, eine die Bearbeitungs-Wellenlänge absorbierende Schicht angeordnet wird. Nach der strukturierenden Ablation der Absorptionsschicht können an den bestrahlten Stellen nicht entfernte Reste der Absorptionsschicht zurückbleiben, die die Transparenz der Maske für die Anwendungs-Wellenlänge unerwünscht beeinträchtigen können. Diese Rückstände können dann in einem nachfolgenden Materialumwandlungsschritt in ein transparentes Material umgewandelt werden, um die Maskentransmission zu verbessern.From the DE 100 17 614 A1 For example, there is known a method of fabricating a dielectric reflection mask in which a processing wavelength absorbing layer is disposed prior to patterning laser irradiation of the device, between a substrate and a reflective mask layer system comprising alternating high and low refractive index layers. After patterning ablation of the absorption layer, remnants of the absorption layer that are not removed can remain at the irradiated points, which can undesirably impair the transparency of the mask for the application wavelength. These residues can then be converted to a transparent material in a subsequent material conversion step to enhance mask transmission.

Das bekannte Verfahren hat zwar den Vorteil, dass bei der Herstellung einer Reflexionsmaske die Beschränkung der Anwendungs-Wellenlänge auf Wellenlängen größer als die Bearbeitungs-Wellenlänge aufgehoben wird, nachteilig wirkt sich jedoch aus, dass eine optische Funktion des Bauteils nur im Zusammenwirken mit der zuvor aufgebrachten Maskenschicht realisiert wird. Die Absorptionsschicht ist hingegen nur bei der Herstellung der Maske wirksam. Das Verfahren ist auch nur zur Rückseitenablation von der Substratseite her geeignet.Although the known method has the advantage that in the production of a reflection mask, the restriction of the application wavelength to wavelengths greater than the processing wavelength is canceled, but adversely affects that an optical function of the component only in cooperation with the previously applied Mask layer is realized. The absorption layer, however, is effective only in the preparation of the mask. The method is also suitable only for backside ablation from the substrate side.

Für die Herstellung anderer Bauteile, insbesondere mit mehrstufigen Profilen, wie sie für viele Anwendungen gefordert werden, ist dieses Verfahren eher ungeeignet.For the production of other components, especially with multi-stage profiles, as they are required for many applications, this method is rather unsuitable.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils für elektromagnetische Strahlung mittels Laserbearbeitung anzugeben, bei dem die Anwendungs-Wellenlänge der zur Anwendung vorgesehenen elektromagnetischen Strahlung unabhängig von der Bearbeitungs-Wellenlänge der Laserstrahlung wählbar ist, mit dem ein- und mehrstufige Profile an dem Bauteil erzeugbar sind, und das flexibel an verschiedenartigen Bauteilen wahlweise mit vorder- und/oder rückseitiger Bearbeitung anwendbar ist.The object of the present invention is therefore to provide a method for producing an optical component for electromagnetic radiation by means of laser processing, in which the application wavelength of the intended application electromagnetic radiation is independent of the processing wavelength of the laser radiation selectable with the on and Multi-stage profiles can be produced on the component, and which is flexibly applicable to various types of components optionally with front and / or back machining.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass zur Erzeugung des mehrstufigen Profils ausgehend von einem für den Bearbeitungs-Wellenlängenbereich transparenten Substratkörper ein Bearbeitungszyklus mehrfach durchlaufen wird, der jeweils aus einem Depositionsschritt und einem Ablationsschritt besteht, wobei

  • bei dem Depositionsschritt eine Absorptionsschicht aus einem Oxid-Material, das in einem unvollständig oxidierten Rohzustand die Laserstrahlung des Bearbeitungs-Wellenlängenbereichs in für die ablatierende Laserbearbeitung ausreichendem Maße und die elektromagnetische Strahlung des Anwendungs-Wellenlängenbereiches in für die Erzielung der optischen Funktion zu hohem Maße absorbiert und das in einem vollständig oxidierten Zustand ein geringeres Maß an Absorption für die elektromagnetische Strahlung des Anwendungs-Wellenlängenbereiches aufweist, aufgebracht wird, und
  • bei dem Ablationsschritt die aufgebrachte Absorptionsschicht mit Laserlicht der Bearbeitungswellenlänge bestrahlt und an den bestrahlten Stellen wenigstens über einen Teil der Schichtdicke ablatiert wird,
und dass mindestens einmal ein Materialumwandlungsschritt durch Oxidation durchgeführt wird, bei dem das erzeugte Profil in einen Endzustand, in dem es für die elektromagnetische Strahlung im Anwendungs-Wellenlängenbereich in für die optische Funktion ausreichendem Maße transparent ist, umgewandelt wird.This object is achieved in conjunction with the preamble of claim 1, characterized in that for generating the multi-stage profile, starting from a substrate body transparent to the processing wavelength range, a processing cycle is repeated several times, each consisting of a deposition step and an ablation step, wherein
  • in the depositing step, an absorbing layer of an oxide material which, in an incompletely oxidized raw state, absorbs the laser radiation of the machining wavelength range in the laser radiation ablating laser machining and the electromagnetic radiation of the application wavelength range to a high degree for the achievement of the optical function and in a fully oxidized state, a lower level of absorption for the electromagnetic radiation of the Application wavelength range is applied, and
  • in the ablation step, the applied absorption layer is irradiated with laser light of the processing wavelength and ablated at the irradiated points over at least part of the layer thickness,
and that a material conversion step is performed at least once by oxidation, wherein the generated profile is converted to a final state in which it is transparent to the electromagnetic radiation in the application wavelength range to a degree sufficient for the optical function.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Prozess zur Verfügung gestellt, bei dem die Laserbearbeitung (Oberflächenstrukturierung) des Bauteils zur Erzeugung der optischen Funktion, in einem ausreichend absorbierenden Zustand erfolgen kann. Das in der Form fertige Bauteil wird für die Ermöglichung der optischen Funktion in einen transparenten Zustand überführt, wobei ein Material verwendet wird, dessen Absorption / Transmission durch eine Materialumwandlung, die die Form unverändert lässt, über weite Bereiche geändert werden kann.The method according to the invention provides a process in which the laser processing (surface structuring) of the component for producing the optical function can take place in a sufficiently absorbing state. The mold-finished member is rendered transparent to enable the optical function using a material whose absorption / transmission can be changed over a wide range by material conversion which leaves the mold unchanged.

Dadurch, dass für die Absorptionsschicht ein Material verwendet wird, das in einem Anfangszustand die Wellenlänge des Bearbeitungslasers absorbiert und in einem Endzustand, nach einer Materialumwandlung, im Anwendungs-Wellenlängenbereich transparent ist, kann ein optisches Bauteil für Wellenlängen, die unabhängig von der Bearbeitungs-Wellenlänge sind, hergestellt werden, ohne dass eine Absorptionsschicht aufgebracht werden muss, da das Material im Rohzustand selbst die Absorptionseigenschaft aufweist. Dies wirkt sich besonders kostengünstig und zeitsparend aus. Insbesondere kann die Bearbeitungs-Wellenlänge innerhalb des (späteren) Anwendungswellenlängenbereichs liegen, beispielsweise kann eine Bearbeitungswellenlänge und eine Anwendungswellenlänge jeweils 193nm sein.By using for the absorption layer a material which, in an initial state, absorbs the wavelength of the processing laser and, in a final state, after a material transformation, is transparent in the application wavelength range, an optical component can be used for wavelengths which are independent of the processing wavelength be prepared without an absorption layer must be applied, as the Raw material itself has the absorption property. This has a particularly cost-effective and time-saving. In particular, the processing wavelength may be within the (later) application wavelength range, for example, a processing wavelength and an application wavelength may each be 193nm.

Da die geeigneten Ausgangsmaterialien in der Regel ein kontinuierlich abfallendes Absorptionsverhalten von kurzen zu langen Wellenlängen zeigen, und damit eine entsprechend kontinuierlich abfallende Laserbearbeitbarkeit sowie eine kontinuierlich zunehmende Anwendbarkeit als optisches Element aufweisen, sind bei der Herstellung des Bauteils auch Zwischenzustände möglich, die diesen graduellen Absorptions/- Transmissionsänderungen Rechnung tragen. Beispielsweise kann das Ausgangsmaterial für eine erste Wellenlänge im Bearbeitungs-Wellenlängenbereich stark absorbierend und für eine zweite Wellenlänge mäßig absorbierend sein, so dass das Absorptionsvermögen für eine präzise Bearbeitung bei dieser zweiten Wellenlänge nicht ausreichend, andererseits für die optische Anwendung aber noch zu hoch ist. Wird dann die Laserbearbeitung mit der ersten Wellenlänge durchgeführt, so kann das Material nach der Materialumwandlung für die zweite Wellenlänge jetzt hoch transparent sein und für die erste Wellenlänge jetzt mäßig absorbierend sein. D.h., bei der Materialumwandlung wird ein bestimmter Transmissionsgrad (im Idealfall bis hin zur totalen Transparenz) im Bearbeitungs-Wellenlängenbereich je nach Bearbeitungs-Wellenlänge erreicht. In jedem Fall ist für den Ausgangszustand des Bauteils eine ausreichende Absorption der Bearbeitungs-Wellenlänge für eine präzise Bearbeitung und für den Endzustand eine ausreichende Transparenz für die gewünschte(n) Anwendungswellenlänge(n) zur Erfüllung der optischen Funktion maßgebend.Since the suitable starting materials usually show a continuously decreasing absorption behavior of short to long wavelengths, and thus have a correspondingly continuously decreasing laser machinability and a continuously increasing applicability as an optical element, intermediate states are also possible in the manufacture of the component, which this gradual absorption / - take into account transmission changes. For example, the source material may be highly absorbent for a first wavelength in the processing wavelength region and moderately absorbent for a second wavelength such that the absorbance for precise processing at that second wavelength is insufficient but still too high for optical application. Then, when laser processing is performed at the first wavelength, the material may now be highly transparent after material conversion for the second wavelength and may now be moderately absorbent for the first wavelength. That is, in the material conversion, a certain transmittance (ideally up to total transparency) in the processing wavelength range depending on the processing wavelength is achieved. In any case, for the initial state of the component sufficient absorption of the processing wavelength for a precise processing and the final state sufficient transparency for the desired application wavelength (s) to fulfill the optical function prevail.

Als Material für die Absorptionsschicht ist SiOx besonders für die Anwendung mit UV-Lasern geeignet. Bei dem SiOx -Material mit 1 < x < 2 handelt es sich um eine nichtstöchiometrische Siliziumoxid - Verbindung (partiell oxidiertes, aber makroskopisch homogenes Material), die für UV-Strahlung stark absorbierend ist. Als SiO2 (volloxidiertes Material) ist das Material für UV-Strahlung hingegen hoch transparent und weist zudem eine hohe Zerstörschwelle auf, so dass es für hohe Energiedichten geeignet ist. Die Materialumwandlung ist durch Erhitzen des Materials unter einer oxidierenden Atmosphäre (beispielsweise in Luft) in einer geeigneten Vorrichtung realisierbar. Dabei wird das SiOx-Material zu SiO2 oxidiert. In Versuchsreihen hat sich die thermische Materialumwandlung (Oxidation) eines SiOx - Bauteils in Luft für etwa acht bis neun Stunden bei etwa 900°C als besonders effektiv erwiesen. Durch diese Behandlung lässt sich eine besonders hohe Transparenz (intrinsische Transparenz > 90% für 193nm) erzielen. Kürzere Oxidationszeiten und/oder kleinere Temperaturen ergeben schlechtere resultierende Transparenzwerte, mit längeren Oxidationszeiten und/oder höheren Temperaturen lässt sich keine signifikante weitere Verbesserung erzielen. Grundsätzlich ist auch eine photochemische Oxidation durch flächige oder örtlich aufgelöste Laserbestrahlung unterhalb der Ablationsschwelle in einer oxidierenden Atmosphäre mit oder ohne weitere thermische Behandlung möglich. Es ist auch denkbar, gezielt Material lokal aufgelöst umzuwandeln, wodurch sich noch weiterreichende Möglichkeiten der Erzeugung optischer Strukturen (auch unabhängig von einem Materialabtrag) ergeben.As a material for the absorption layer SiO x is particularly suitable for use with UV lasers. The SiO x material with 1 <x <2 is a non-stoichiometric silicon oxide compound (partially oxidized, but macroscopically homogeneous material), which is highly absorbing for UV radiation. As SiO 2 (fully oxidized material), however, the material is highly transparent to UV radiation and also has a high damage threshold so that it is suitable for high energy densities. The material conversion is realized by heating the material under an oxidizing atmosphere (for example in air) in a suitable device. In this case, the SiO x material is oxidized to SiO 2 . In experimental series, thermal material conversion (oxidation) of an SiO x component in air has proven to be particularly effective for about eight to nine hours at about 900 ° C. Through this treatment, a particularly high transparency (intrinsic transparency> 90% for 193nm) can be achieved. Shorter oxidation times and / or lower temperatures give inferior resulting transparency values, with longer oxidation times and / or higher temperatures, no significant further improvement can be achieved. In principle, a photochemical oxidation by surface or locally resolved laser irradiation below the ablation threshold in an oxidizing atmosphere with or without further thermal treatment is possible. It is also conceivable to convert material in a locally resolved manner, which results in even more extensive possibilities of producing optical structures (also independent of material removal).

Grundsätzlich kann das Verfahren auch mit anderen Materialien im sichtbaren oder sogar im infraroten Spektralbereich angewendet werden. Als Materialien sind prinzipiell oxidische Materialien wie Metalloxide und Halbleiteroxide verwendbar. Für den UV-Wellenlängenbereich sind neben Siliziumoxid(SiOx) Aluminiumoxid, Scandiumoxid, Hafniumoxid und Yttriumoxid besonders geeignet. Für den sichtbaren Spektralbereich sind Tantaloxid und Titanoxid besonders geeignet.In principle, the method can also be used with other materials in the visible or even in the infrared spectral range. As materials, oxidic materials such as metal oxides and semiconductor oxides can be used in principle. In addition to silicon oxide (SiO x ), aluminum oxide, scandium oxide, hafnium oxide and yttrium oxide are particularly suitable for the UV wavelength range. Tantalum oxide and titanium oxide are particularly suitable for the visible spectral range.

Dadurch, dass ein Bearbeitungszyklus, bestehend aus einer Schichtdeposition und einer strukturerzeugenden Ablation mehrfach durchlaufen wird, kann ein mehrstufiges Bauelement mit mehr als zwei Höhenniveaus hergestellt werden. Dies ist insbesondere bei der Herstellung diffraktiver Phasenelemente (DPE) von Vorteil, da mehrstufige (z.B. 4-, 8-, 16-stufige) DPE eine höhere Beugungseffizienz aufweisen. Da bei entsprechender Einstellung der Laserenergiedichte, der Pulszahl und der Schichtdicke, eine Ablation über die gesamte Tiefe der Ablationsschicht bis auf das Substrat einstellbar ist, kann die jeweilige Grenzfläche zwischen Substrat und Absorptionsschicht als "Sollbruchstelle" verwendet werden. Diese Grenzfläche erleichtert es, ein Substrat in einem definierten Bereich von einer Schicht gleichmäßig und sauber (mit hoher Oberflächengüte) zu befreien. Damit ist, im Vergleich zur Bearbeitung eines Vollkörpers oder im Falle, dass die Absorptionsschicht nur über einen Teil der Schichtdicke abgetragen wird, eine noch höhere Genauigkeit (bzgl. der Stufenhöhe) bei der strukturierenden Laserbearbeitung realisierbar. Bei einer Vorderseitenablation (Bestrahlung direkt auf die Absorptionsschicht) kann auf diese Weise mit n Zyklen ein 2n-stufiges Element hergestellt werden. Da bei einer Rückseitenablation (Bestrahlung durch das Substrat) entsprechend jeweils das gesamte (bis dahin aufgebaute) Schichtsystem bis hinunter zum Substrat abgetragen wird, kann man hierbei mit n Expositionen ein n+1-stufiges Element generieren. Für komplexere Strukturen sind auch Kombinationen von Vorderseiten- und Rückseitenablation denkbar. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, gezielt Abstufungen innerhalb einer Absorptionsschicht zu erzeugen indem, gesteuert über die Bestrahlungsenergie, an verschiedenen Stellen jeweils nur ein bestimmter Teil der Schichtdicke abgetragen wird. Deposition und Ablation können an verschiedenen Apparaturen durchgeführt werden, der Laserablationsprozess kann aber auch in eine Depositions-Apparatur integriert werden.Because a processing cycle consisting of a layer deposition and a structure-producing ablation is performed several times, a multi-stage component with more than two height levels can be produced. This is particularly advantageous in the production of diffractive phase elements (DPEs), since multilevel (eg 4-, 8-, 16-stage) DPEs have a higher diffraction efficiency. Since with appropriate adjustment of the laser energy density, the number of pulses and the layer thickness, an ablation over the entire depth of the ablation is adjustable down to the substrate, the respective interface between the substrate and the absorption layer can be used as a "predetermined breaking point". This interface makes it easier for a substrate in a defined range of a layer evenly and clean (with high surface quality). Thus, in comparison to the processing of a solid body or in the case where the absorption layer is removed only over part of the layer thickness, an even higher accuracy (with respect to the step height) can be realized in patterning laser processing. In a Vorderseitenablation (irradiation directly on the absorption layer) can be prepared in this way with n cycles a 2 n -stufiges element. As in a Rückseitenablation (irradiation by the substrate) is removed correspondingly in each case the entire (until then built) layer system down to the substrate, one can generate here with n exposures an n + 1-stage element. For more complex structures, combinations of anterior and posterior ablation are also conceivable. In principle, however, it is also conceivable to generate targeted gradations within an absorption layer by, controlled by the irradiation energy, at different locations only a certain portion of the layer thickness is removed. Deposition and ablation can be performed on different devices, but the laser ablation process can also be integrated into a deposition apparatus.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist. Die Figur 1 zeigt ein Schema zur Herstellung eines vierstufigen diffraktiven Phasenelements durch mehrfache Schichtdeposition und Laserablation.Further details of the invention will become apparent from the following detailed description and the accompanying drawings, in which a preferred embodiment of the invention is illustrated, for example. The FIG. 1 Figure 4 shows a schematic for making a four-stage diffractive phase element by multiple layer deposition and laser ablation.

Ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils 6 beruht im Wesentlichen auf einem mehrfachen Durchlaufen eines Bearbeitungszyklus, bestehend aus einem Depositionsschritt einer Absorptionsschicht und einem strukturbildenden Laserablationsschritt sowie auf einer Materialumwandlung, bei der das Bauteil 6 in einen für die Laserstrahlung transparenten Endzustand umgewandelt wird.A method for producing an optical component 6 is essentially based on multiple passes through a processing cycle consisting of a deposition step of an absorption layer and a structure-forming laser ablation step and on a material conversion in which the component 6 is converted into a final state transparent to the laser radiation.

Das Verfahren wird am Beispiel eines vierstufigen diffraktiven Phasenelementes (DPE) für UV-Wellenlängen erläutert. Seine Wirkungsweise beruht auf der Beugung von Licht an einem fein strukturierten Oberflächenrelief in einem optischen Material. Durch Beugung und Interferenz einer einfallenden elektromagnetischen Welle, beispielsweise eines Laserstrahls, an dem DPE, kann eine gewünschte Intensitätsverteilung in einer sogenannten Signalebene bewirkt werden. Bei DPEs wird nur die Phase der Lichtwelle moduliert, d.h. sie lassen praktisch vollständig transmittive Elemente zu (Diffraktive Amplitudenelemente (DAE) modulieren dagegen die Amplitude der einfallenden Lichtwelle, d.h. sie sind immer verlustbehaftet). Beispielsweise kann damit das Strahlprofil eines Excimerlasers für eine nachfolgende Anwendung geformt und homogenisiert werden. Das dafür notwendige Oberflächenrelief wird zuvor mittels eines im Prinzip bekannten Rechenalgorithmus, beispielsweise eines computergenerierten Hologramms, berechnet. Die Gesamttiefe der Struktur ist dabei durch die Beziehung D=(q-1)/qxλ/(n-1) gegeben, wobei q die Anzahl der Höhenniveaus, also q-1 die Anzahl der Stufen, λ die Wellenlänge, bei der das DPE seine optische Funktion erfüllen soll und n der Brechungsindex des Materials des DPE in Luft ist. Für ein vierstufiges Element für eine Anwendungs-Wellenlänge von beispielsweise 193nm ergibt sich bei einem Brechungsindex von n=1,561 somit eine Gesamtstrukturtiefe von 258nm bei einer jeweiligen Stufenhöhe von 86nm.The method is explained using the example of a four-stage diffractive phase element (DPE) for UV wavelengths. Its mode of action is based on the flexion of Light on a finely structured surface relief in an optical material. By diffraction and interference of an incident electromagnetic wave, for example a laser beam, at the DPE, a desired intensity distribution in a so-called signal plane can be effected. In DPEs, only the phase of the light wave is modulated, ie they allow virtually completely transmissive elements (diffractive amplitude elements (DAE), on the other hand, modulate the amplitude of the incident light wave, ie they are always lossy). For example, this can be used to shape and homogenize the beam profile of an excimer laser for subsequent use. The necessary surface relief is previously calculated by means of a computing algorithm known in principle, for example a computer-generated hologram. The total depth of the structure is given by the relationship D = (q-1) / qxλ / (n-1), where q is the number of height levels, so q-1 is the number of stages, λ is the wavelength at which the DPE its optical function and n is the refractive index of the material of the DPE in air. For a four-step element for an application wavelength of 193 nm, for example, a refractive index of n = 1.561 results in a total structure depth of 258 nm at a respective step height of 86 nm.

Auf ein Substrat 1, vorteilhaft als ein Quarzkörper ausgebildet, wird durch Aufdampfen (Deposition) eine erste Absorptionsschicht 2 mittels einer geeigneten, prinzipiell bekannten Apparatur, aufgebracht. Über eine (nicht dargestellte) erste (berechnete) Maske wird die Absorptionsschicht 2 anschließend an den bestrahlten Positionen bis auf die Substrathöhe mit einer Laserstrahlung 7 ablatiert (Fig. 1a). Alternativ kann die Bearbeitung auch durch pixelweises Abfahren der Oberfläche des Bauteils 6 über eine entsprechende Ansteuerung des Lasers erfolgen. Die Laserenergie zur Ablation wird der aufgebrachten Schichtdicke angepasst und ist so gewählt, dass die Absorptionsschicht vollständig entfernt wird, das Substrat 1 dabei aber unbeschädigt bleibt. Die Bearbeitung erfolgt substratseitig, d.h. als eine Rückseitenablation. Für die Laserablation wird beispielsweise ein UV-Excimerlaser mit einer Wellenlänge von 193nm, d.h. mit der gleichen Wellenlänge, die für die spätere Funktion des DPE vorgesehen ist, eingesetzt. Die Absorptionsschicht 2 besteht aus einem SiOx - Material, das bei 193nm stark absorbierend ist. Das Ergebnis dieses ersten Bearbeitungszyklus ist eine Oberfläche mit einer Struktur 3 mit zwei Höhenniveaus 4, 4', d.h. mit einer Stufe 5 (Fig. 1b). Ein vierstufiges Element hat also vier Höhenniveaus (Levels) und drei Stufen. Ein zweiter Bearbeitungszyklus beginnt mit der Deposition einer zweiten Absorptionsschicht 2', die auf die im ersten Zyklus erzeugte Struktur 3 aufgedampft wird (Fig. 1c). Anschließend erfolgt eine zweite Ablation mit einer strukturierenden Laserstrahlung 7' (über eine zweiten Maske, bzw. pixelweise), wobei die Struktur 3' mit drei Höhenniveaus 4, 4', 4" entsteht (Fig. 1d). In einem dritten Bearbeitungszyklus aus Beschichtung (Deposition) und Ablation entsteht in gleicher Weise über eine Absorptionsschicht 2" mit einer Laserablation 7" die Struktur 3" mit vier Höhenniveaus 4, 4', 4", 4''' (Fig. le). Bei einer abschließenden thermischen Materialumwandlung (Fig. 1f), bei der das Bauteil 6 in einem Ofen über mehrere Stunden in Luft auf mehrere 100°C erhitzt wird, oxidiert das Strukturmaterial SiOx zu SiO2 und wird dadurch für die Laserwellenlänge transparent. Somit entsteht schließlich aus der Struktur 3" ein vierstufiges transparentes Profil 8, das die gewünschte optische Funktion als DPE für die Betriebswellenlänge erfüllt.On a substrate 1, advantageously formed as a quartz body, by vapor deposition (deposition), a first absorption layer 2 by means of a suitable, known in principle apparatus applied. Via a (not shown) first (calculated) mask the absorption layer 2 is then ablated at the irradiated positions down to the substrate height with a laser radiation 7 ( Fig. 1a ). Alternatively, the editing can also done by pixel-wise driving off the surface of the component 6 via a corresponding control of the laser. The laser energy for ablation is adapted to the applied layer thickness and is chosen so that the absorption layer is completely removed, but the substrate 1 remains undamaged. Processing takes place on the substrate side, ie as a backside ablation. For laser ablation, for example, a UV excimer laser with a wavelength of 193 nm, ie with the same wavelength, which is provided for the later function of the DPE, is used. The absorption layer 2 consists of a SiO x material which is strongly absorbing at 193 nm. The result of this first processing cycle is a surface having a structure 3 with two height levels 4, 4 ', ie with a level 5 (FIG. Fig. 1b ). So a four-level element has four levels and three levels. A second processing cycle begins with the deposition of a second absorption layer 2 'which is vapor-deposited onto the structure 3 produced in the first cycle ( Fig. 1c ). This is followed by a second ablation with a structuring laser radiation 7 '(via a second mask or pixelwise), the structure 3' having three height levels 4, 4 ', 4 "(FIG. Fig. 1d ). In a third processing cycle of coating (deposition) and ablation, the structure 3 "with four height levels 4, 4 ', 4", 4'"(FIG. 1e) is produced in the same way via an absorption layer 2" with a laser ablation 7 ". In a final thermal material conversion ( Fig. 1f ), in which the component 6 is heated in an oven for several hours in air at several 100 ° C, oxidized the structural material SiO x to SiO 2 and thereby becomes transparent to the laser wavelength. Thus, finally, from the structure 3 ", a four-level transparent profile 8, the fulfills the desired optical function as DPE for the operating wavelength.

Wird statt der mehrfachen Ablation und Deposition einer Absorptionsschicht ein Vollkörper bearbeitet oder nicht die gesamte Schichtdicke abgetragen, so wird die Pulsenergiedichte und die Pulszahl des Lasers ausgenutzt, um definierte Stufentiefen, bzw. ein quasi kontinuierliches Profil, in dem absorbierenden Material zu erzielen, wobei es hier auf eine sehr genaue Einstellung der obigen Parameter sowie des Strahlprofils (Laserstrahlcharakteristik), ggf. mit Hilfe vorgeschalteter optischer Elemente ankommt, um eine hohe Genauigkeit zu erreichen, da die (hilfreiche) "Sollbruchstelle" Substrat - Absorptionsschicht wegfällt.If, instead of the multiple ablation and deposition of an absorption layer, a solid body is processed or not the entire layer thickness removed, the pulse energy density and the pulse number of the laser are utilized to achieve defined step depths, or a quasi-continuous profile, in the absorbing material, where Here, a very precise setting of the above parameters and the beam profile (laser beam characteristic), possibly with the aid of upstream optical elements arrives to achieve high accuracy, since the (helpful) "break point" substrate - absorption layer is eliminated.

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils, mit dem aufgrund seiner durch ein mehrstufiges Profil strukturierten Oberfläche eine optische Funktion für elektromagnetische Strahlung eines AnwendungsWellenlängenbereichs erzielbar ist, wobei die Oberflächenstrukturierung mit Hilfe einer ablatierenden Laserbearbeitung mit einer Laserstrahlung eines Bearbeitungs-Wellenlängenbereichs durchgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Erzeugung des mehrstufigen Profils (8) ein Bearbeitungszyklus mehrfach durchlaufen wird, der jeweils aus einem Depositionsschritt und einem Ablationsschritt besteht, wobei - bei dem Depositionsschritt eine Absorptionsschicht (2, 2', 2") aus einem Oxid-Material, das in einem unvollständig oxidierten Rohzustand die Laserstrahlung des Bearbeitungs-Wellenlängenbereichs in für die ablatierende Laserbearbeitung ausreichendem Maße und die elektromagnetische Strahlung des Anwendungs-Wellenlängenbereiches in für die Erzielung der optischen Funktion zu hohem Maße absorbiert und das in einem vollständig oxidierten Zustand ein geringeres Maß an Absorption für die elektromagnetische Strahlung des Anwendungs-Wellenlängenbereiches aufweist, auf einen für den Bearbeitungs-Wellenlängenbereich transparenten Substratkörper (1) aufgebracht wird, und, - bei dem Ablationsschritt die aufgebrachte Absorptionsschicht (2, 2', 2") mit Laserlicht der Bearbeitungswellenlänge bestrahlt und an den bestrahlten Stellen wenigstens über einen Teil der Schichtdicke ablatiert wird, und dass mindestens einmal ein Materialumwandlungsschritt durch Oxidation durchgeführt wird, bei dem das erzeugte Profil (8) in einen Endzustand, in dem es für die elektromagnetische Strahlung (7) im Anwendungs-Wellenlängenbereich in für die optische Funktion ausreichendem Maße transparent ist, umgewandelt wird.
Method for producing an optical component with which an optical function for electromagnetic radiation of an application wavelength range can be achieved due to its surface structured by a multistage profile, wherein the surface structuring is carried out with the aid of ablative laser processing with laser radiation of a processing wavelength range,
characterized,
in that, in order to produce the multistage profile (8), a processing cycle is performed several times, each consisting of a deposition step and an ablation step, wherein - In the deposition step, an absorption layer (2, 2 ', 2 ") of an oxide material in an incompletely oxidized raw state, the laser radiation of the processing wavelength range in sufficient for Ablatierende laser processing and the electromagnetic radiation of the application wavelength range in absorbs the optical function to a high degree and has a lower level of absorption for the electromagnetic radiation of the application wavelength range in a completely oxidized state, is applied to a substrate body (1) transparent to the processing wavelength range, and - In the ablation step, the applied absorption layer (2, 2 ', 2 ") is irradiated with laser light of the processing wavelength and ablated at the irradiated points at least over a portion of the layer thickness, and in that at least one oxidation conversion step is performed, wherein the generated profile (8) is converted to a final state in which it is transparent to the electromagnetic radiation (7) in the application wavelength region to a degree sufficient for the optical function.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
nach jedem Bearbeitungszyklus oder nach ausgewählten einzelnen Bearbeitungszyklen der Materialumwandlungsschritt für die jeweilige Absorptionsschicht (2, 2', 2") durchgeführt wird.
Method according to claim 1,
characterized in that
after each processing cycle or after selected individual processing cycles, the material conversion step for the respective absorption layer (2, 2 ', 2 ") is performed.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bearbeitungszyklen vorderseitige Ablationsschritte aufweisen, bei denen die Absorptionsschicht direkt bestrahlt wird und/oder rückseitige Ablationsschritte aufweisen, bei denen die Absorptionsschicht durch den Substratkörper (1) bestrahlt wird.
Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the processing cycles comprise front ablation steps in which the absorption layer is directly irradiated and / or has back ablation steps in which the absorption layer is irradiated by the substrate body (1).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Rohmaterial eine nichtstöchiometrische SiOx-Verbindung mit im Mittel 1 < x < 2 verwendet wird, und
dass das SiOx - Material durch die Materialumwandlung in einen Endzustand aus SiO2 umgewandelt wird.
Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
as a raw material a non-stoichiometric SiO x compound with an average of 1 <x <2 is used, and
that the SiO x material is converted by the material conversion into a final state of SiO 2 .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Rohmaterial aus einer Materialgruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Scandiumoxid, Hafniumoxid, Yttriumoxid, Tantaloxid und Titanoxid, ausgewählt wird.
Method according to one of claims 1 to 3,
characterized in that
the raw material of a material group consisting of Alumina, scandium oxide, hafnium oxide, yttria, tantalum oxide and titanium oxide.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Materialumwandlung ein Oxidationsschritt durch thermische Behandlung des Bauteils in einer Oxidationsatmosphäre ist.
Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the material conversion is an oxidation step by thermal treatment of the component in an oxidizing atmosphere.
Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der thermischen Oxidation das Bauteil für acht bis neun Stunden einer Temperatur von etwa 900°C ausgesetzt wird.
Method according to claim 6,
characterized in that
during thermal oxidation, the component is exposed to a temperature of about 900 ° C for eight to nine hours.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
durch Bestrahlung des Bauteils mit einer Laserstrahlung in einer Oxidationsatmosphäre, das bestrahlte Material zumindest in Teilbereichen photochemisch umgewandelt wird.
Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
by irradiation of the component with a laser radiation in an oxidation atmosphere, the irradiated material is photochemically converted, at least in some areas.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bearbeitung des Bauteils durch eine pixelweise Bestrahlung der Bearbeitungsfläche in aufeinanderfolgenden Schritten erfolgt oder dass die Bearbeitung ganzflächig mit Hilfe mindestens eines Abbildungselementes erfolgt.
Method according to one of the preceding claims,
characterized in that
the processing of the component takes place by a pixel-by-pixel irradiation of the processing surface in successive steps or that the processing takes place over the whole area with the aid of at least one imaging element.
EP08016508A 2004-03-27 2005-03-24 Method for structuring the surface of an optical component using laser machining Active EP2003474B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004015142A DE102004015142B3 (en) 2004-03-27 2004-03-27 Method for producing optical components
EP05733264A EP1714172B1 (en) 2004-03-27 2005-03-24 Method for the production of an optical component by means of surface-structuring laser machining

Related Parent Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP05733264.5 Division 2005-03-24
EP05733264A Division EP1714172B1 (en) 2004-03-27 2005-03-24 Method for the production of an optical component by means of surface-structuring laser machining

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP2003474A2 true EP2003474A2 (en) 2008-12-17
EP2003474A3 EP2003474A3 (en) 2008-12-24
EP2003474B1 EP2003474B1 (en) 2011-10-19

Family

ID=34965160

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP05733264A Active EP1714172B1 (en) 2004-03-27 2005-03-24 Method for the production of an optical component by means of surface-structuring laser machining
EP08016508A Active EP2003474B1 (en) 2004-03-27 2005-03-24 Method for structuring the surface of an optical component using laser machining

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP05733264A Active EP1714172B1 (en) 2004-03-27 2005-03-24 Method for the production of an optical component by means of surface-structuring laser machining

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20080028792A1 (en)
EP (2) EP1714172B1 (en)
JP (1) JP4832423B2 (en)
DE (1) DE102004015142B3 (en)
WO (1) WO2005093470A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL2574357T3 (en) * 2011-09-28 2014-04-30 Q Med Ab Electronic injector
DE102012213787A1 (en) * 2012-08-03 2014-02-06 Robert Bosch Gmbh Surface structuring for cell biological and / or medical applications
US10528808B2 (en) * 2015-04-21 2020-01-07 Orbiion, Inc. Automated document processing system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10017614A1 (en) 2000-03-31 2001-10-25 Laser Lab Goettingen Ev Production of dielectric reflection mask used as high energy laser mask for processing material using high performance laser comprises arranging absorber layer between substrate and layer system

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3663793A (en) * 1971-03-30 1972-05-16 Westinghouse Electric Corp Method of decorating a glazed article utilizing a beam of corpuscular energy
US3898977A (en) * 1974-01-28 1975-08-12 White Westinghouse Corp Liquid crystal door window shutter arrangement for self-cleaning cooking oven
DE3508469A1 (en) * 1985-03-09 1986-09-11 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn Process for patterning layer sequences applied to a transparent substrate
US5656186A (en) * 1994-04-08 1997-08-12 The Regents Of The University Of Michigan Method for controlling configuration of laser induced breakdown and ablation
JPH09198698A (en) * 1996-01-18 1997-07-31 Asahi Glass Co Ltd Production of optical head device
JP3452733B2 (en) * 1996-08-13 2003-09-29 日本板硝子株式会社 Manufacturing method of diffractive optical element
JP3960643B2 (en) * 1996-08-13 2007-08-15 日本板硝子株式会社 Optical element manufacturing method
JP3483445B2 (en) * 1997-12-16 2004-01-06 キヤノン株式会社 Diffractive optical element and method for manufacturing the element
JP3928042B2 (en) * 2002-09-26 2007-06-13 独立行政法人産業技術総合研究所 Diffraction grating and manufacturing method thereof

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10017614A1 (en) 2000-03-31 2001-10-25 Laser Lab Goettingen Ev Production of dielectric reflection mask used as high energy laser mask for processing material using high performance laser comprises arranging absorber layer between substrate and layer system

Also Published As

Publication number Publication date
EP2003474B1 (en) 2011-10-19
WO2005093470A1 (en) 2005-10-06
EP1714172B1 (en) 2009-03-04
US20080028792A1 (en) 2008-02-07
EP1714172A1 (en) 2006-10-25
EP2003474A3 (en) 2008-12-24
DE102004015142B3 (en) 2005-12-08
JP2007530281A (en) 2007-11-01
JP4832423B2 (en) 2011-12-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2002044771A1 (en) Method and device for producing a coupling grating for a waveguide
EP3515654B1 (en) Device for and method of manufacturing a structured functional coating on a layered curved glass
EP2003474B1 (en) Method for structuring the surface of an optical component using laser machining
WO2023280793A2 (en) Apparatus and method for the laser-interference patterning of substrates with periodic dot patterns for antireflective properties
DE102015101332A1 (en) Glass ceramic with a specially designed surface and method for its production
DE102006023940B4 (en) Process for nanostructuring of a substrate
EP4118048A1 (en) Method for shaping a support substrate for an optical functional component
EP3206999B1 (en) Method for producing a façade element made of glass for shielding light, and light-shielding façade element
EP3959181A1 (en) Method for producing a pane having a structured coating
DE60200300T2 (en) Diffractive optical element
DE102007058103A1 (en) High energy ion beam precision modifies the profile or surface micro-roughness of an optical lens or mirror used in micro-lithography
EP1458654A2 (en) Method for the production of locally functional areas and objects obtained therewith
DE10017614B4 (en) Method for producing a dielectric reflection mask
EP2857138B1 (en) Method for manufacture of an overarched microstructure
WO2020143945A1 (en) Method for producing a coated pane with viewing window
EP1407520B1 (en) Beam-shaping element for optical radiation and a method for producing said element
DE102009016113B4 (en) Method for producing optical or electronic functional elements with a curved surface
WO2024160798A1 (en) Method for producing a diffractive optical element
DE10026960B4 (en) Method for attenuating a guided in an optical beam light flux
WO2000021339A1 (en) Hot radiator
DE10126038B4 (en) Process for the production of self-stress-free reflecting optical layer systems on substrates
DE102021205909A1 (en) Method of minimizing stresses in a layer
DE102011007683A1 (en) Method for patterning substrate used during manufacture of solar cell, involves irradiating light energy with respect to transparent conductive oxide layer through spacing between dot patterns of dot pattern structure of shadow mask
DE10341121A1 (en) Electromagnetic irradiation of a specimen of chalcogenide based material in order to structure the specimen surface used as a mask for structuring a material under a specimen and for preparation of optical elements
DE10154361A1 (en) Rapid prototyping process used in microstructures comprises applying etch-resistant coating to substrate, selectively removing the coating using a laser beam to produce at least one exposed region, and etching the exposed region

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

AC Divisional application: reference to earlier application

Ref document number: 1714172

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: P

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): FR GB NL

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): FR GB NL

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: SCHULZ-RUTHENBERG, MALTE

Inventor name: IHLEMANN, JUERGEN

Inventor name: HEBER, JOERG

17P Request for examination filed

Effective date: 20090611

17Q First examination report despatched

Effective date: 20090709

AKX Designation fees paid

Designated state(s): FR GB NL

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: LASER-LABORATORIUM GOETTINGEN E.V.

Owner name: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG DER ANGEWAN

AC Divisional application: reference to earlier application

Ref document number: 1714172

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: P

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): FR GB NL

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: T3

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20120720

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20140319

Year of fee payment: 10

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20140324

Year of fee payment: 10

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20150324

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20151130

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20150324

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20150331

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Payment date: 20240320

Year of fee payment: 20